Universidade Federal de Goiás - Regional Catalão Unidade Acadêmica Especial de Física e Química Programa de Pós-graduação em Ensino de Física Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
ROBÓTICA EDUCACIONAL NAS AULAS DE FÍSICA
Wesley Borges Costa.
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação - Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF) - da Regional Catalão da Universidade Federal de Goiás, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Mauro Antonio Andreata
Coorientador: Jean Carlo da Silva
Catalão - GO Julho de 2018
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ROBÓTICA EDUCACIONAL NAS AULAS DE FÍSICA
Wesley Borges Costa
Orientador: Mauro Antonio Andreata Coorientador: Jean Carlo da Silva
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da Universidade Federal de Goiás – Regional Catalão no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Catalão - GO Julho/2018
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AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, primeiramente, por ter me dado saúde e força para vencer mais esse obstáculo. Reconheço que por muitas vezes pensei em desistir, mas com ele pude ter perseverança e fé para continuar durante o período do curso de mestrado e até mesmo durante a dissertação.
A minha esposa, Camila de Oliveira Araújo, que acreditou e me incentivou a fazer o mestrado, por ter tido paciência e sabedoria de entender este período.
As minhas filhas, Júlia Borges de Oliveira Costa e Sofia Borges de Oliveira Costa por entenderem a minha ausência em determinados momentos.
Aos meus amigos da turma mestrado, em especial aqueles que eu mais convivi, Donizete Lima Franco, Romulo Rosa e Marcos Diniz, durante 1 ano e meio de estudos juntos, dividimos nossas alegrias e frustrações.
Aos meus professores do curso que me ensinaram e me acolheram na Universidade Federal de Goiás.
Ao meu orientador Mauro Antonio Andreata que acreditou e incentivou o meu projeto de pesquisa e o meu coorientador Jean Carlo da Silva que me trouxe muitos conhecimentos técnicos a respeito desse processo.
Ao meu amigo de trabalho Alex Ribeiro que ajudou com a parte da língua estrangeira, dando suporte quando precisei e realizando as devidas correções.
A minha mãe, Fátima Aparecida Borges, e ao meu pai, Roberto Donizetti Vilas Boas Costa, pela oportunidade de estudo.
A escola SESI Guiomar de Freitas Costa que oportunizou o momento de pesquisa e aplicação do objeto de estudo.
Aos alunos do primeiro ano da escola SESI Guiomar de Freitas Costa que se envolveram durante as atividades propostas.
vi RESUMO
ROBÓTICA EDUCACIONAL NAS AULAS DE FÍSICA Wesley Borges Costa
Orientador: Mauro Antônio Andreata Coorientador: Jean Carlo da Silva
No ensino atual, muitos alunos são passivos e buscam apenas memorizar fórmulas apresentadas prontas. Isso deixa os estudantes sem motivação e não permite que vejam a ligação do conteúdo com o cotidiano, não conseguem sequer expor aquilo que tanto estudaram ao longo do curso. Na aprendizagem significativa, o aprendiz não é um receptor passivo, ele deve fazer uso dos significados que já internalizou, de maneira substantiva e não arbitrária, para poder captar os significados dos materiais educativos. Quer dizer, o aprendiz constrói seu conhecimento. Buscando melhorar a aprendizagem de Física no Ensino Médio da Escola SESI Guiomar de Freitas Costa (Uberlândia/MG), usamos a Robótica Educacional a fim de estimular o interesse pela Física e a aprendizagem significativa dos alunos. A Robótica Educacional permite aos estudantes desenvolverem a capacidade de elaborar hipóteses, investigar soluções, estabelecer relações e tirar conclusões, tudo isso com o tempo bem repartido e controlado. Neste trabalho, relatamos como foi a montagem e o uso de um robô que permitiu aos estudantes do primeiro ano do Ensino Médio da escola SESI Guiomar de Freitas Costa (Uberlândia/MG) a construção dos conceitos de velocidade média, os tipos de movimentos e o lançamento de projéteis, mostrando o quanto essa parte da mecânica está presente em nosso cotidiano. Percebemos que, durante a atividade, os alunos conseguiram entender os principais conceitos físicos envolvidos nos experimentos participando ativamente da aula.
Palavras-Chave: Robótica Educacional; Aprendizagem Significativa; Física.
vii ABSTRACT
Nowadays, within the class rooms, many pupils relies just in what has been given to them, memorizing only lists of substances that something is made of – formula. This blinds the students leaving them with no vibrancy - unmotivated - and does not bring them to realize the connection between the subject and experience they could experiment in everyday life. They are not even able to expose what they had studied throughout the course.
In meaningful learning, the learner cannot be considered only a container ready to be fill up, he must be able to use and pass ahead what he has just learnt and internalized, in a substantive way rather than arbitrary manner, so as to capture the meanings of educational materials.
That is, the apprentice builds his knowledge.
Looking forward to enhance the learning of Physics in the High School of the Escola SESI Guiomar de Freitas Costa (Uberlândia/MG), we have used Educational Robotics to stimulate interest in physics and meaningful learning in the students. Educational Robotics allows students to improve an ability to develop hypotheses, investigate solutions, make the best connections and draw conclusions, all with well-distributed and controlled time. In this research, we have reported how a robot was built up and also how it was used allowing the students of the first year of high school of the SESI and the Guiomar de Freitas Costa (Uberlândia/MG) to construct the concepts of average speed, types of movements and launching of projectiles, showing how much this part of the mechanics is present in our daily life.
During the activity, students were able to understand the main physical concepts involved in the experiments by actively participating in the class.
Keywords: Educational Robotics; Significant Learning; Physical.
viii LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Foto da bandeja e robô do Kit Education EV3 ... 11
Figura 2: Foto dos motores e sensores do Kit Education EV3 ... 12
Figura 3: Download de programação via USB ... 12
Figura 4: Alunos que utilizaram a Robótica Educacional ... 23
Figura 5: Sobre o grau de complexidade da Física ... 24
Figura 6: Realizando a montagem do guindaste ... 27
Figura 7: Determinação da distância entre o carro e o guindaste ... 28
Figura 8: Realizando a programação do robô lançador ... 30
Figura 9: Sobre ocorrer a conexão entre a teoria de sala de aula e a prática envolvida... 32
Figura 10: Sobre enfrentar dificuldades durante a realização da prática ... 32
Figura 11: Sobre o que mudar se pudesse realizar a prática novamente ... 33
Figura 12: Sobre a percepção geral da metodologia utilizada ...34
Figura 13: Sobre qual a maior dificuldade enfrentada pelo grupo durante a atividade... 34
Figura 14: Sobre o trabalho em equipe na aprendizagem da física ... 35
Figura 15: Sobre o porquê o trabalho em equipe favorece a aprendizagem ... 35
ix LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Cronograma da atividade – O resgate ... 26 Tabela 2: Cronograma da atividade – Cesta de três pontos ... 29
x Sumário
1. INTRODUÇÃO ... 1
1.1 Estrutura do Trabalho ... 1
1.2 Contexto inicial do Trabalho ... 3
2. ENSINO DE FÍSICA ... 6
2.1 O tradicional ensino de física e seus desafios ... 6
2.2 A importância de novas metodologias de ensino da Física ...7
3. A UTILIZAÇÃO DA ROBÓTICA EDUCACIONAL COMO FACILITADOR DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA NO ENSINO DE FÍSICA...10
3.1 Robótica Educacional ... 10
3.2 Kit LEGO® Mindstorms® Education EV3 ... 11
4. ENSINO DA ROBÓTICA EDUCACIONAL E AS PERSPECTIVAS DA EDUCAÇÃO.14 4.1 A Aprendizagem Significativade Ausubel ... 14
4.2 A Interação Social descrita por Vygotsky ... 17
5. METODOLOGIA ... 21
5.1 Local de realização da proposta do projeto ... 21
5.2 Público envolvido nas atividades de Robótica para o ensino de Física ... 22
5.3 Desenvolvimento das atividades propostas relacionadas à Robótica e vinculadas ao ensino da Física ... 23
5.3.1 Levantamento das concepções prévias dos estudantes... 23
5.3.2 Realização das atividades como processo de pesquisa ... 25
5.3.3 Levantamento das concepções dos estudantes após as atividades de Robótica Educacional ... 32
5.3.4 Análise dos resultados ... 36
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 37
7. REFERÊNCIAS ... 39
ANEXO 1 ... 42
ANEXO 2 ... 43
ANEXO 3 ... 44
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1. INTRODUÇÃO
1.1. Estrutura do Trabalho
Há muito tempo, o estudo da Física passou a ter papel significativo na sociedade, é notório seu avanço tecnológico e modificação do meio em que vivem essas pessoas. Assim, o estudo da Física, nas escolas, deve proporcionar aos alunos o desenvolvimento do caráter investigativo de atividades científicas e, também, tornar o indivíduo mais crítico, capaz de interpretar fenômenos do cotidiano e tomar decisões a esse respeito.
Para tanto, o professor moderno não deve apenas transmitir o conhecimento, mas também capaz de orientar o saber-fazer – se refere às habilidades motoras e ao conhecimento necessário para realizar determinada atividade – adaptado à realidade do aluno, o que deve ser a base das competências para o futuro. Em resumo, “à educação cabe fornecer, de algum modo, os mapas de um mundo complexo e constantemente agitado e, ao mesmo tempo, a bússola que permita navegar através dele.” (DELORS, 1999. p. 89).
Segundo essa perspectiva, o mero acúmulo de conhecimentos durante toda a vida já não é mais uma prática adequada. Significa que, os estudantes, devem aproveitar e explorar todas as oportunidades de atualizar-se, aprofundar e enriquecer as primeiras aprendizagens, a fim de adaptar-se a um mundo de constantes transformações.
O mero acesso à informação não modifica, de forma significativa, a capacidade de o aluno entender os grandes embates e problemas da sociedade e, consequentemente, restringe a possibilidade de nela atuar. Dessa maneira, as formas de ensino tradicionais, aquelas que privilegiam a transmissão de conteúdos mostram-se cada vez mais obsoletas e limitadas para formar um cidadão crítico e atuante. No entanto, é possível estabelecer parâmetros que nos guiem em um desenvolvimento pedagógico. Inicialmente, uma atividade escolar não deve começar com a definição de conceitos científicos, pois, para os estudantes, estes conceitos são abstratos e impossibilitam os seus questionamentos. Deve-se buscar situações-problema, ou seja, questões que possuam relevância social e se relacionem com à realidade do aluno. Essas situações-problema são o ponto de partida para se discutir um conteúdo e, assim, abrir caminhos para novas possibilidades. Essa proposta é inspirada nas ideias e nos trabalhos de diversos educadores da atualidade, que pensam que a problematização é o ponto de partida para a educação e que o conhecimento adquire-se a partir de temas que façam sentido ao educando e façam parte de sua realidade.
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A proposta deste trabalho é estudar uma alternativa que possa colaborar com o aprendizado no ensino de Física. Assim, pretendemos elaborar, aplicar e avaliar uma metodologia de ensino fundamentada na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel (A aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. São Paulo: Moraes, 1982) e a Interação Social de Vygotsky (A formação social da mente: o desenvolvimento dos processos psicológicos superiores. 3ª. ed. São Paulo: Martins Fontes, 1989, 168p. – Coleção Psicologia e Pedagogia. Nova Série), juntamente com a Robótica Educacional, como estratégias pedagógicas para o ensino de física.
Uma forma de minimizar as dificuldades da aprendizagem é utilizar a Robótica Educacional nas aulas de Física, a fim de estimular o interesse pela Física e a aprendizagem significativa dos alunos. Sabemos que a aprendizagem significativa caracteriza-se pela ligação entre o novo conhecimento e o conhecimento prévio. Ou seja, o novo conhecimento adquire significados para o discente e o conhecimento prévio, por sua vez, fica mais rico, mais elaborado em termos de significados e adquire mais estabilidade:
Na aprendizagem significativa, o aprendiz não é um receptor passivo. Longe disso.
Ele deve fazer uso dos significados que já internalizou, de maneira substantiva e não arbitrária, para poder captar os significados dos materiais educativos. Nesse processo, ao mesmo tempo que está progressivamente diferenciando sua estrutura cognitiva, está também fazendo a reconciliação integradora de modo a identificar semelhanças e diferenças e reorganizar seu conhecimento. Quer dizer, o aprendiz constrói seu conhecimento, produz seu conhecimento (MOREIRA, 2010, p. 5).
A utilização da robótica como instrumento de ensino permite aos estudantes desenvolver a capacidade de elaborar hipóteses, resolver problemas, estabelecer relações e tirar conclusões. Sendo assim, o estudante entra em contato com novas tecnologias com aplicações práticas ligadas a assuntos que fazem parte do seu cotidiano, pois a robótica requer conhecimentos sobre Física, Matemática, Programação, dentre outros. Sem dúvida,
A utilização de novas ferramentas tecnológicas acaba por motivar o aprendizado de teorias tradicionais, como matemática, química, física, dentre outras, consideradas
“difíceis” por parte dos estudantes. Neste contexto, a manipulação de kits de robótica se apresenta como um atrativo recurso didático adicional (STOPPA, 2012, p. 124).
Portanto, utilizamos o kit de Robótica Educacional (Mindstorms EV3) oferecido pela LEGO ZOOM no Ensino de Física porque através desse ensino tecnológico e criativo se torna possível a aquisição de conceitos de Física e de áreas afins (Robótica, Matemática e outras).
Além disso, é uma maneira de se trabalhar por meio do ensino colaborativo e avaliar de forma
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contínua o raciocínio lógico, a criatividade, o trabalho em equipe, a autonomia e a responsabilidade dos estudantes.
1.2. Contexto Inicial do Trabalho
Durante o Ensino Médio, conhecido naquela época como “colegial”, na cidade de Uberlândia - MG, o autor (Wesley) não vivenciou uma aula prática de Física. Os professores não eram formados em física, todos eram engenheiros, talvez um dos motivos que explica o fato de não tentarem utilizar aulas práticas. As aulas eram reprodutivas, cheias de exercícios e com pouca explicação teórica sobre a aplicação de tantas fórmulas. Assim os professores tratavam a disciplina de física na sua época, com reprodução e/ou resolução de diversos exercícios dos livros didáticos adotados. Mesmo vivenciando esse modelo de ensino, a paixão pela educação, em especial pelas exatas, crescia a cada dia.
Após concluir o Ensino Médio, busquei inicialmente uma graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Uberlândia. Durante a graduação, especificamente no segundo ano de curso, surgiu a oportunidade de ensinar química em uma escola pública perto de sua casa, logo agarrei aquela oportunidade sem titubear. Naquele momento, a oportunidade surgia como uma forma de completar o orçamento familiar. A paixão pela sala de aula me fez pensar em cursar uma licenciatura e com sua paixão pela física acabou fazendo Licenciatura em Física pela Universidade Federal de Uberlândia, concomitantemente com o curso de Engenharia Civil. Com o término da graduação fui aprovado no concurso do Estado de Minas Gerais para professor de Educação Básica e permaneceu como funcionário público por um bom tempo. Durante o tempo que esteve na escola pública incentivei muitos alunos a fazer Licenciatura em Física, pois suas aulas eram dinâmicas, com exemplos práticos, experimentos simples, etc. Tentou realizar atividades práticas e lúdicas nas suas aulas de Física do Ensino Médio, inclusive passava trabalhos para que os alunos montassem experimentos que explicassem o assunto abordado naquele momento. O resultado de tanta inquietação foi a criação de uma Feira do Conhecimento em Física, na qual os alunos apresentavam, para toda a escola e comunidade, os trabalhos desenvolvidos ao longo do ano.
Diante de um trabalho considerado maravilhoso pela direção da escola, ao longo de um bom tempo na rede pública, fui indicado por uma amiga de profissão a participar de um processo seletivo no SESI de Uberlândia para ministrar aulas de Física para o Ensino Médio.
Após conseguir a vaga participei de vários cursos de capacitação pela escola e sentiu vontade
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e também necessidade de aprimorar seus conhecimentos de Física a fim de melhorar sua prática em sala de aula, então fiz uma Especialização diante de tantos estudos e aprendizagens, comecei a perceber a importância de planejar e elaborar aulas levando em consideração a vivência do aluno, além de reconhecer a necessidade de buscar alguma metodologia inovadora e motivadora diante do avanço tecnológico no cenário que vivemos.
Em uma das formações continuadas, oferecidas pela instituição SESI SENAI, uma delas me encantou. Realizada presencialmente, a Robótica Educacional lhe foi apresentada em Belo Horizonte - MG, com a divulgação e estudo do material do Programa de Educação Tecnológica ZOOM Education for life para o Ensino Médio. Nessa capacitação, foi apresentada a Robótica Educacional como ferramenta metodológica inovadora e motivadora para a melhoria do processo de ensino aprendizagem de Física nos cursos do Educação Básica de nível médio, do Estado de Minas Gerais.
A partir desse momento, fiquei maravilhado com essa ferramenta pedagógica. Passei a utilizar o material da Lego ZOOM durante as aulas de Física como demonstração e/ou apresentação na prática do conteúdo abordado.
A vontade de buscar mais conhecimento e contribuir para a melhoria do processo de ensino aprendizagem de Física no Ensino Médio foi que motivou a ingressar no programa do Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física (MNPEF) no polo de Catalão-GO.
A ideia deste trabalho surgiu a partir da experiência como professor de Física, em particular, com as turmas de 1º ano na Unidade SESI de Uberlândia. Os alunos que ingressaram no 1º ano ou cursaram o Ensino Fundamental em escolas públicas e/ou privadas ou já eram alunos do SESI Uberlândia. Como a turma era bastante heterogênea a ideia era uniformizar, ou seja, criar mecanismos intencionais para todos os alunos para que pudessem acompanhar as aulas de física.
Assim, percebemos que grande parte dos alunos não tinha ideia do conhecimento científico de várias áreas da Física, como por exemplo, de cinemática e dinâmica. Nesse sentido, elaboramos e aplicamos uma sequência didática de atividades com a utilização da Robótica Educacional tendo como foco principal os conceitos em que os alunos apresentavam dificuldades.
Por se tratar de uma pesquisa qualitativa, analisamos e interpretamos a receptividade dos alunos através de dados obtidos pelas observações e pelos registros feitos nos relatórios aplicados durante a realização das atividades. Com a perspectiva de ensinar de maneira mais significativa a Física do Ensino Médio utilizando como ferramenta pedagógica a Robótica
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Educacional, fundamentamos essa pesquisa nas ideias de Ausubel (Aprendizagem Significativa) e Vygotsky (Interação Social).
Com a intenção de mostrar o estudo e o desenvolvimento dessa pesquisa, durante o período do mestrado, participei e apresentei trabalhos sobre o uso da Robótica Educacional nas aulas de Física do Ensino Médio em vários eventos. A seguir relacionamos os títulos dos trabalhos apresentados:
3º CONAED - Congresso Nacional de Educação (UFG), outubro de 2016. Apresentação oral de Relato de Experiência: ROBÓTICA EDUCACIONAL NAS AULAS DE FÍSICA.
3º SEFISCAC – Semana da Física do Campos Catalão, novembro de 2016. Apresentação de painel: APRENDENDO FÍSICA COM AUXÍLIO DA ROBÓTICA EDUCACIONAL.
CECIFOP – Congresso Nacional de Ensino de Ciências e Formação de Professores (UFG), maio de 2017. Apresentação oral de Relato de Experiência do trabalho intitulado por: A UTILIZAÇÃO DA ROBÓTICA NAS AULAS DE FÍSICA
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2. ENSINO DE FÍSICA
2.1. O Tradicional Ensino de Física e seus Desafios
O ensino de física nas escolas públicas e privadas é muito tradicional, os alunos decoram fórmulas para encontrar determinada grandeza física que, muitas vezes, nem sabem qual o significado. Passam muitas horas decorando exercícios prontos e não entendem as suas aplicações, as vezes o que aprendem parece não fazer parte do seu cotidiano. Contudo, aprender física não demonstra ser tarefa fácil para os alunos, que estudam, mas parece não fazer muito sentido.
De acordo com Robilotta (1988, p. 9), muitas vezes os estudantes da educação básica, apesar de terem acesso à física escolar, demonstram dificuldades no domínio deste conteúdo, estudam, mas parecem não saber Física. Essa experiência aparece com frequência durante as atividades relacionadas ao ensino de Física. É comum que mesmo alunos inteligentes e dedicados terminem os cursos com a impressão de que as longas horas de trabalho e todo o esforço empregado no estudo não são recompensados com alguma forma sólida de conhecimento. Eles podem aprender a enfrentar os problemas e as situações que foram abordadas durante as aulas, mas ficam completamente sem iniciativa quando colocados frente a problemas novos. É como se o conhecimento discutido nas aulas de Física não se ajustasse ao mundo em que o estudante vive e não se enquadrasse em sua vida real.
Veit e Teodoro (2002 – p.3) relatam: “Na prática, Física representa para o estudante, na maior parte das vezes, uma disciplina muito difícil, em que é preciso decorar fórmulas cuja origem e finalidade são desconhecidas.”
O ensino não parece levar os estudantes a se apropriarem do conhecimento. Assim, é como se, depois de muito estudo, esses alunos não soubessem quase nada do que professores os ensinaram ao longo de um determinado período. A ideia que temos é que os alunos estudam apenas para passar de ano, o conteúdo é momentaneamente memorizado e não compreendido. Segundo Ferreira e Villani (2002, p. 63),
em geral, os professores fecham o círculo de possibilidades de explicações ao que eles conhecem de sua prática, pois acreditam ser essa a única forma para ter um certo domínio em sua interação com os alunos. Ainda hoje fórmulas e resoluções de exercícios constituem atividades preferidas, ao passo que laboratório didático, simulações, história da ciência, filmes e outros recursos metodológicos raramente
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são utilizados. O resultado é que os alunos se convencem da extrema dificuldade da Física e poucos investem na tentativa de aprender.
Infelizmente, o ensino de física está muito defasado, não condiz com a realidade dos nossos estudantes, não é à toa que esta disciplina é tão temida pelos alunos, tida como uma das mais difíceis. Em geral, para que o aluno consiga entender física deve primeiro ter uma boa interpretação, pois a maioria dos exercícios dos processos seletivos são contextualizados, o que exige uma análise crítica do problema antes de qualquer aplicação de fórmulas. Assim, é importante problematizar as aulas para que os estudantes consigam compreender a aplicação dos conceitos.
Juan Ignácio Pozo (1998, p. 16), especialista em psicologia da aprendizagem, afirma que, “a resolução de problemas baseia-se na apresentação de situações abertas e sugestivas que exijam dos alunos uma atitude ativa e um esforço para buscar respostas, construindo seu próprio conhecimento.”
E os PCN+ (2002, p. 78) constatam que
[...] o ensino de Física inclui a resolução de inúmeros problemas, nos quais o desafio central para o aluno consiste em identificar qual fórmula deve ser utilizada.
Esse tipo de questão que exige, sobretudo, memorização, perde sentido se desejamos desenvolver outras competências. Não se quer dizer com isso que seja preciso abrir mão das fórmulas. Ao contrário, a formalização matemática continua sendo essencial, desde que desenvolvida como síntese dos conceitos e relações, compreendidos anteriormente de forma fenomenológica e qualitativa. Substituir um problema por uma situação-problema, nesse contexto, ganha também um novo sentido, pois se passa a lidar com algo real ou próximo dele.
A educação tem sido desafiada a pensar trajetórias pedagógicas, currículos e tempos escolares para atender às exigências do mundo contemporâneo, com vistas a qualificação dos saberes, melhores percursos acadêmicos, escolhas mais assertivas. Nessa perspectiva, entende-se que é preciso reformular a metodologia de ensinar, saindo do modelo tradicional, buscando a criatividade, a inovação, a autonomia, o desenvolvimento de competências e habilidades necessárias à inserção do aluno na sociedade.
2.2. A Importância de Novas Metodologias no Ensino de Física
Em dias atuais, é importante o professor romper com o ensino tradicional e buscar novas metodologias para ensinar. Pesquisas no ensino de física apontam três questões que têm sido recorrentes e consideradas essenciais para o ensino: a resolução de problemas, a
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aprendizagem de conceitos físicos e o ensino de laboratório (MATHEUS; SOUSA;
MOREIRA, 2005).
Juan Ignácio Pozo (1998, p. 09), afirma que uma das tendências na área atualmente é a defesa de que o progresso na compreensão da resolução de problemas está vinculado ao progresso na compreensão da aprendizagem das tarefas envolvidas nesse processo.
A Resolução de Problemas, enquanto técnica que estimula processos criativos e de aprendizagem, ajuda os estudantes a reforçar e classificar os princípios que estão sendo trabalhados, obrigando-os a colocar constantemente seus conhecimentos à prova e em prática e juntamente com situações-problema podem ajudar os alunos a serem capazes de enfrentar situações cotidianas, interpretando-as através dos modelos conceituais e também dos procedimentos próprios da ciência.
As atividades de experimentação podem auxiliar no ensino-aprendizagem de Física, como dizem Araújo e Abib (2003, p. 176),
[...] o uso de atividades experimentais como estratégia de ensino de Física tem sido apontado por professores e alunos como uma das maneiras mais frutíferas de se minimizar as dificuldades de se aprender e ensinar Física de modo significativo e consistente (ABIB, 2003, p. 176).
A competência em “Investigação e compreensão dos fenômenos” pode ser explorada em atividades experimentais e de resolução de problemas, uma vez que essas atividades estimulam a observação, o levantamento de hipóteses, a realização de medidas, etc.
Os PCN + (2002, p. 15) destacam que
É indispensável que a experimentação esteja sempre presente ao longo de todo o processo de desenvolvimento das competências em Física, privilegiando-se o fazer, manusear, operar, agir, em diferentes formas e níveis. É dessa forma que se pode garantir a construção do conhecimento pelo próprio aluno, desenvolvendo sua curiosidade e o hábito de sempre indagar, evitando a aquisição do conhecimento científico como uma verdade estabelecida e inquestionável. Isso inclui retomar o papel da experimentação, atribuindo-lhe uma maior abrangência para além das situações convencionais de experimentação em laboratório (BRASIL, 2002, p. 15).
Ao elaborar uma metodologia de ensino, não podemos ignorar, também, o avanço tecnológico. Nos dias de hoje, o desenvolvimento tecnológico se faz de uma forma muito rápida e o contato e o interesse dos alunos por essas tecnologias, como por exemplo, o computador, cresce cada vez mais. Por isso, há a necessidade em desenvolver recursos didáticos utilizando novas ferramentas, um exemplo seria a utilização da “Educação Tecnológica”.
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Agora, a decisão de transformar o processo educacional tradicional em uma
“Educação Tecnológica”, não é simplesmente uma decisão administrativa, ou seja: adquirir os computadores e passar automaticamente a usá-los em larga escala em todas as disciplinas.
Ortolan (2003, p. 39) relata:
Faz-se necessário um grande processo de transformações estruturais, funcionais e profissionais na escola para que seja possível concretizar uma nova proposta educacional, a qual esteja pautada na visão de integração de informática e educação; não basta simplesmente instalar computadores e deixar o aluno usar, faz-se necessário redimensionar todos os planejamentos e as estratégias dos professores em relação aos seus conteúdos (ORTOLAN, 2003, p.39).
Mesmo sabendo o quão fundamental é a utilização de novos recursos metodológicos e, principalmente da tecnologia, por que muitos docentes ainda insistem nas metodologias tradicionais? Na educação básica, infelizmente, existem vários motivos que dificultam a experimentação. De acordo com Peruzzo (2012, p. 124), alguns deles são: “falta de atividades preparadas, pouco tempo para o professor planejar e montar experimentos, recursos insuficientes para reposição e compras de equipamentos e materiais de laboratório, número excessivo de alunos por sala, despreparo do docente, etc”.
Muitos docentes enfrentam esses problemas ao tentar realizar uma aula experimental.
Contudo, muitos desistem de aplicar novas metodologias e/ou não insistem na experimentação.
Em virtude do uso excessivo de celulares e aparelhos eletrônicos similares em sala de aula, por que não aliar o ensino aos dispositivos tecnológicos?
Portanto, nossa intenção é contribuir para a melhoria do ensino-aprendizagem de Física no Ensino Médio por isso desenvolvemos neste trabalho uma sequência didática com experimentos utilizando a Robótica Educacional. Com esta metodologia imaginamos trazer ao aluno, não só a resolução de problemas, mas também a utilização de uma tecnologia de montagem e programação. Ao final do processo, é esperado que o aluno entenda, de forma prática, os conceitos antes ensinado apenas na lousa em uma aula “tradicional”, contribuindo assim para uma aprendizagem significativa.
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3. A UTILIZAÇÃO DA ROBÓTICA EDUCACIONAL COMO FACILITADOR DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA NO ENSINO DE FÍSICA
3.1. Robótica Educacional
Diante de uma era altamente tecnológica, onde os alunos dominam e exploram computadores, celulares, tabletes, entre outros, a Robótica Educacional se torna um grande artefato educacional, ao ponto de conectar a educação, ciência e tecnologia. Criar um ambiente onde os estudantes possam desenvolver a automação, a montagem e o controle de dispositivos mecânicos através do computador se tornou algo atrativo e eficiente na educação.
A união entre a robótica e a educação tem tudo para dar certo. A robótica mexe com a imaginação das crianças, estimula a criatividade criando novas formas de interação com os símbolos. A robótica educacional exige dos estudantes um poder de concentração aliado a motivação constante, esta interação exige várias habilidades, perpassando até pela interdisciplinaridade.
Nesse processo de aprendizagem, os alunos aprendem a lidar com situações em grupo, adquirem responsabilidade e conhecimentos antes não adquiridos somente no banco de sala de aula. Segundo Silva (2009, p. 65),
[...] na construção de um modelo robótico, o processo de colaboração acontece quando os problemas são analisados e resolvidos em grupos e a autonomia é exercida na medida em que cada elemento do grupo tem responsabilidade por parte da solução, e no respeito aos outros indivíduos SILVA, 2009, p. 65).
Sem dúvida, a Robótica Educacional é uma alternativa interessante como ferramenta pedagógica no processo de ensino-aprendizagem. Além do desenvolvimento da inteligência lógico-matemática, que é a mais evidente, pelo fato de trabalhar com programações em computadores e cálculos em geral, promove o desenvolvimento de outras habilidades, pois envolve aspectos como o trabalho em grupo, planejamento de ações, projeto do robô a ser construído, reconstrução do robô e apresentação de um resultado final. Possibilita uma atividade que envolve os alunos, favorecendo o trabalho em equipe e colaborativo, desenvolvendo a responsabilidade, a disciplina, o senso de organização, a interação, a paciência, a persistência, a iniciativa, a autonomia, a troca de experiências, entre outros. E acima de tudo, é uma prática embasada no construtivismo de Piaget (2000), onde o aluno é
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um ser ativo que estabelece relações de troca com o meio físico, com os colegas e com o seu próprio conhecimento, relações essas vivenciadas e significativas.
3.2. Kit LEGO® Mindstorms® Education EV3
A LEGO®, empresa dinamarquesa, fabrica blocos construtivos desde 1940, começando com os brinquedos de montagem tradicionais e, atualmente, produzindo peças técnicas voltadas para aplicação tecnológica; isto incluem sensores, vigas, motores e engrenagens. Em 1998, a LEGO inaugurou a linha de brinquedos inteligentes modelo LEGO® Mindstorms®. Os kits continham peças tradicionais de blocos de construção da marca adaptadas para encaixe de engrenagens, motores e sensores que podiam ser controlados por um processador programável, transformando assim aquele simples brinquedo em uma espécie de robô.
Vamos dar destaque aqui para o kit utilizado nas atividades deste trabalho, o Kit LEGO® Mindstorms® EV3. Desenvolvido em parceria com o Massachusetts Institute of Technology (MIT), em 2013 a LEGO lança o novo modelo da linha Mindstorm, o Kit LEGO® Mindstorms® EV3, o que substituiria a última geração até então, o Kit LEGO®
Mindstorms® NXT 9797. O kit utilizado neste trabalho é o kit Education EV3 composto de aproximadamente 540 peças, entre elas rodas, pneus, blocos, engrenagens, vigas, eixos, polias, motores, sensores: ultrassônico, toque, som, giroscópio e luminosidade, conforme indicado nas figuras 1 e 2 a seguir, contendo todos os recursos tecnológicos do kit Education EV3.
Figura 1: Foto da bandeja e robô do kit Education EV3 (Foto: Arquivo do autor)
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Figura 2: Foto dos motores e sensores do kit Education EV3 (Foto: Divulgação/ZOOM Education)
Para estabelecer a ligação com um computador, de modo a efetuar o download ou upload de programas, o EV3 possui uma porta USB, indicado na figura 3. Alternativamente, a transferência de programas pode ser efetuada por Bluetooth.
Figura 3: Download de programação via USB
Imagem: https://www.lego.com/en-us/service/help/products/themes-sets/mindstorms/connecting-your-lego- mindstorms-ev3-with-the-usb-cable-408100000007984. Acesso em 09/04/2018
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A empresa LEGO® é fundamentalmente pedagógica e trabalha com o lema construtivista de que o estudante deve aprender fazendo, enfrentando problemas e desafios, buscando soluções. Acredito que este é o melhor caminho para formar, no futuro, profissionais adequados ao século XXI, já que o mercado valoriza mais o indivíduo com competências como ser criativo e flexível, trabalhar em equipe, ter iniciativa e saber resolver problemas.
O que se objetiva com o uso do LEGO® Mindstorms® é proporcionar que o ensino da Física aconteça de forma mais participativa, onde estudantes e professores troquem ideias, construindo assim uma aprendizagem coletiva, e com isso um verdadeiro conhecimento sobre o assunto em questão. Acredita-se que o ambiente de Robótica Educacional é favorável ao levantamento de hipóteses. (FEITOSA et al, 2007, p.23).
O kit Education EV3 é um excelente recurso pedagógico, além de manuseio fácil, apresenta um software agradável e acessível com programações em blocos.
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4. ENSINO DA ROBÓTICA EDUCACIONAL E AS PERSPECTIVAS DA EDUCAÇÃO
Neste trabalho daremos enfoque nas Teorias Construtivistas de Aprendizagem, as quais surgiram a partir do século XX baseadas em estudos da psicologia cognitiva do sujeito.
Segundo estas teorias, o conhecimento é uma construção do sujeito, e não apenas uma informação recebida de forma passiva pelo meio. Outra vertente é a organização das experiências do sujeito, resultando na (re)construção das estruturas cognitivas.
Rabelo (2016, p.33) afirma que, a (re)construção das estruturas cognitivas é realizada pela linguagem visando demonstrar para o sujeito que existe um mundo exterior além daquele internalizado através da vivência. Sendo assim, pode-se notar a importância de um sujeito com mais experiência mediar, através da linguagem, o conhecimento do aluno (senso comum), e o conhecimento de origem acadêmica (conhecimento científico). Dessa forma, a apropriação desses conhecimentos contribui para uma aprendizagem significativa para o estudante. A seguir, apresentaremos uma breve discussão acerca de alguns pensadores construtivistas.
4.1. A Aprendizagem Significativa de Ausubel
O pesquisador norte-americano David Paul Ausubel (1918-2008) dizia que, quanto mais sabemos, mais aprendemos. Famoso por ter proposto o conceito de aprendizagem significativa - que encerra a série Teoria Passada a Limpo -, ele é contundente na abertura do livro Psicologia Educacional: O fator isolado mais importante que influencia o aprendizado é aquilo que o aprendiz já conhece.
Quando sua teoria foi apresentada, em 1963, as ideias behavioristas predominavam.
Acreditava-se na influência do meio sobre o sujeito. O que os estudantes sabiam não era considerado e entendia-se que só aprenderiam se fossem ensinados por alguém.
Para ele, aprender significativamente é ampliar e reconfigurar ideias já existentes na estrutura mental e com isso ser capaz de relacionar e acessar novos conteúdos. Quanto maior o número de links feitos, mais consolidado estará o conhecimento.
Pensada para o contexto escolar, a teoria de Ausubel leva em conta a história do sujeito e ressalta o papel dos docentes na proposição de situações que favoreçam a aprendizagem. De acordo com ele, há duas condições para que a aprendizagem significativa ocorra: o conteúdo a ser ensinado deve ser potencialmente revelador e o estudante precisa
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estar disposto a relacionar o material de maneira consistente e não arbitrária. Em seu livro, ele opina:
A essência do processo de aprendizagem significativa é que as ideias expressas simbolicamente são relacionadas às informações previamente adquiridas pelo aluno através de uma relação não arbitrária e substantiva (não literal) (AUSUBEL et al, 1980, P. 15).
A aprendizagem significativa somente é possível quando um novo conhecimento se relaciona de forma substantiva e não arbitrária a outro já existente. Substantiva quer dizer, não ao pé-da-letra, e não-arbitrária significa que a interação não é com qualquer ideia prévia, mas sim com algum conhecimento especificamente relevante já existente na estrutura cognitiva do sujeito que aprende. Para que essa relação ocorra, é preciso que exista uma predisposição para aprender. Ao mesmo tempo, é necessária uma situação de ensino potencialmente significativa, planejada pelo professor, que leve em conta o contexto no qual o estudante está inserido e o uso social do objeto a ser estudado.
Aprendizagem Significativa
Conhecida também por teoria da assimilação, proposta por David Paul Ausubel, Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS) é uma teoria cognitivista a qual procura explicar os mecanismos internos que ocorrem na mente humana com relação ao aprendizado e à estruturação do conhecimento (AUSUBEL, 1963). Assim, a aquisição de novos conhecimentos não se dá pela quantidade de informações recebidas, mas pelo encontro entre um material potencialmente significativo com subsunçores na estrutura cognitiva do estudante. Segundo Ausubel (1973, p. 25), subsunçor é uma estrutura específica na qual uma nova informação pode se agregar ao cérebro humano, que é altamente organizado e detentor de uma hierarquia conceitual, que armazena experiências prévias do sujeito.
Portanto, Masini alerta que a TAS visualiza a educação de forma holística e indissociável, e aprecia as relações:
[...] do homem com o mundo que o cerca (estudante-comunidade); de quem ensina com aquele que aprende (professor-estudante); do compreender de quem ensina com o compreender de quem aprende (conhecimento prévio-subsunçor); do conteúdo a ser ensinado com o que aquele que aprende já conhece (potencialidade do conteúdo - subsunçor específico); do que se propõe Ensinar com as condições de quem vai aprender – seus interesses, nível de elaboração, representações e conceitos disponíveis nessa programação de ensino (contrato didático). (MASINI, 2011, p. 17).
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Masini (2011) considera ainda que na TAS, a estrutura cognitiva do estudante envolve as características mais particulares intrínsecas do sujeito, como a individualidade e a capacidade de compreender, refletir e decidir as relações do processo envolvido.
Moreira (2005), estudioso da aprendizagem significativa aliada ao ensino de física, relata em seu livro:
É importante reiterar que a aprendizagem significativa se caracteriza pela interação entre conhecimentos prévios e conhecimentos novos, e que essa interação é não-literal e não-arbitrária. Nesse processo, os novos conhecimentos adquirem significado para o sujeito e os conhecimentos prévios adquirem novos significados ou maior estabilidade cognitiva (MOREIRA, 2005, p. 32).
Para que a aprendizagem significativa ocorra, como descrito anteriormente é necessário duas condições essenciais: disposição do aluno para aprender e o material didático desenvolvido, que deve ser, sobretudo, significativo para o aluno. Somente dessa forma é que se dará a verdadeira compreensão de conceitos e proposições, o que implica na posse de significados claros e intransferíveis. Para a avaliação consistente da aprendizagem significativa, o método válido e prático, segundo Ausubel, consiste em buscar soluções de problemas diversos através de testes de compreensão, utilizando-se de recursos diferentes daqueles utilizados anteriormente no material instrucional. Para que se possa constatar, de fato, se o aluno desenvolveu ou não as habilidades necessárias à aquisição da aprendizagem significativa.
É importante destacar que a aprendizagem significativa decorre da interação não- arbitrária e não-literal de novos conhecimentos com conhecimentos prévios, que ele chama de subsunçores, especificamente relevantes. Através de sucessivas interações um dado subsunçor vai, progressivamente, adquirindo novos significados, vai ficando mais rico, mais refinado, mais diferenciado, e mais capaz de servir de ancoradouro para novas aprendizagens significativas.
A Teoria da aprendizagem de Ausubel objetiva, portanto, facilitar a aprendizagem do aluno, através da psicologia da aprendizagem significativa. Diz ele, que:
Se eu tivesse que reduzir toda a psicologia educacional a um único princípio, diria isto: o fato isolado mais importante que informação na aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece. Descubra o que ele sabe e baseie isso nos seus ensinamentos (AUSUBEL, 1982, p.15).
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A aprendizagem significativa é elemento essencial ao processo de aquisição do conhecimento do aluno, fundamental para o novo papel do professor e a função social da escola.
Segundo a teoria de Ausubel, na aprendizagem há três vantagens essenciais em relação à aprendizagem memorística. Em primeiro lugar, o conhecimento que se adquire de maneira significativa é retido e lembrado por mais tempo. Em segundo, aumenta a capacidade de aprender outros conteúdos de uma maneira mais fácil, mesmo se a informação original for esquecida. E, em terceiro, uma vez esquecida, facilita a aprendizagem seguinte – a
“reaprendizagem”, para dizer de outra maneira. A explicação dessas vantagens está nos processos específicos por meio dos quais se produz a aprendizagem significativa o que implica, como um processo central, a interação entre a estrutura cognitiva prévia do aluno e o conteúdo de aprendizagem.
O conhecimento prévio é, na visão de Ausubel, a variável isolada mais importante para a aprendizagem significativa de novos conhecimentos. Isto é, se fosse possível isolar uma única variável como sendo a que mais influencia novas aprendizagens, esta variável seria o conhecimento prévio, os subsunçores já existentes na estrutura cognitiva do sujeito que aprende. Assim, é importante o professor sempre levar em consideração o que o aluno traz em sua bagagem.
4.2. A Interação Social descrita por Vigotski
Segundo Vygotsky (1989), a aprendizagem tem um papel fundamental para o desenvolvimento do saber, do conhecimento. Todo e qualquer processo de aprendizagem é ensino-aprendizagem, incluindo aquele que aprende, aquele que ensina e a relação entre eles.
Ele valoriza o trabalho coletivo, cooperativo. A aprendizagem é uma relação homem e sociedade, pois quando o homem transforma o meio na busca de atender suas necessidades básicas, ele transforma-se a si mesmo. A escola se torna importante a partir do momento que dentro dela o ensino é sistematizado com atividades diferenciadas das extraescolares e lá a criança aprende a ler, escrever, obtém domínio de cálculos, entre outras, assim expande seus conhecimentos.
Para Vygotsky (1998), a aprendizagem não começa na escola, toda situação de aprendizagem escolar se depara sempre com uma história de aprendizagem prévia. Vygotsky retoma o tema da zona de desenvolvimento proximal (ZDP) e sua relação com a aprendizagem. Segundo ele, a ZDP seria a distância existente entre aquilo que o sujeito já
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sabe, seu conhecimento real, e aquilo que o sujeito possui potencialidade para aprender, seu conhecimento potencial.
O ambiente da sala de aula requer interação social, embora por circunstâncias distintas. Para ele, o ambiente social é a fonte de modelos dos quais as construções devem se aproximar. É a fonte do conhecimento socialmente construído que serve de modelo e media as construções do indivíduo. A aprendizagem, e o desenvolvimento são adquiridos por modelos e, claro, pela motivação da criança.
Lev Vygotsky (1998), enfoca a aprendizagem como:
[...] a aprendizagem não é, em si mesma, desenvolvimento, mas uma correta organização de processos de desenvolvimento, e esta ativação não poderia produzir-se sem a aprendizagem. Por isso, a aprendizagem é um momento intrinsecamente necessário e universal, para que se desenvolvam na criança essas características humanas não naturais, mas formadas historicamente (VYGOTSKY, 1998, p. 115).
“De fato, aprendizado e desenvolvimento estão inter-relacionados desde o primeiro dia de vida da criança” (VYGOTSKY, 1984, p. 110).
Vygotsky coloca que no cotidiano das crianças elas observam o que os outros dizem, porque dizem o que falam, porque falam, internalizando tudo o que é observado e se apropriando do que viram e ouviram. Recriam e conservam o que se passa ao redor. Em função desta constatação, Vygotky afirma que a aprendizagem da criança se dá pelas interações com outras crianças de seu ambiente o que determina o que por ela é internalizado.
A criança vai adquirindo estruturas linguísticas e cognitivas mediadas pelo grupo.
A abordagem do desenvolvimento cognitivo se dá de fora para dentro, através da internalização. Vygotsky afirma que o conhecimento se dá dentro de um contexto, afirmando serem as influências sociais mais importantes que o contexto biológico. Para a teoria vygotskiana, o desenvolvimento ocorre em função da aprendizagem, ao contrário do pensamento de Piaget que assegura ser a aprendizagem uma consequência do desenvolvimento.
Segundo Vygotsky, o desenvolvimento cognitivo do aluno se dá por meio da interação social, ou seja, de sua interação com outros indivíduos e com o meio, no mínimo duas pessoas devem estar envolvidas ativamente trocando experiência e ideias. A interação entre os indivíduos possibilita a geração de novas experiências e conhecimento.
Dessa forma, a aprendizagem ocorre no intervalo da ZDP, onde o conhecimento real é aquele que o sujeito é capaz de aplicar sozinho e o potencial é aquele que ele necessita do auxílio de outros para aplicar.
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O professor deve mediar a aprendizagem utilizando estratégias que levem o aluno a tornar-se independente e estimulem o conhecimento potencial, de modo a criar uma nova ZDP a todo momento. O docente pode fazer isso estimulando o trabalho com grupos e utilizando técnicas para motivar, facilitar a aprendizagem e diminuir a sensação de solidão do aluno.
Mas este professor também deve estar atento para permitir que este aluno construa seu conhecimento em grupo com participação ativa e a cooperação de todos os envolvidos. Sua orientação deve possibilitar a criação de ambientes de participação, colaboração e constantes desafios.
O desenvolvimento cognitivo para Vygotsky é produzido pelo processo de internalização da interação social com materiais fornecidos pela cultura, sendo que o processo se constrói de fora para dentro. Quanto a formação de conceitos remete às relações entre pensamento e linguagem. Ele constitui sua teoria tendo por base o desenvolvimento do indivíduo como resultado de um processo sócio histórico, enfatizando o papel da linguagem e da aprendizagem nesse desenvolvimento. Enfatiza a construção do conhecimento como uma interação mediada por várias relações, ou seja, o conhecimento não está sendo visto como uma ação do sujeito sobre a realidade, assim como no construtivismo e sim pela mediação feita pelos outros sujeitos.
Para Vygotsky, a atividade do sujeito refere-se ao domínio dos instrumentos de mediação, inclusive sua transformação por uma atividade mental. Para ele, o sujeito não é apenas ativo, mas interativo, porque forma conhecimentos e se constitui a partir de relações intra e interpessoais.
É na troca com outros sujeitos e consigo próprio que se vão internalizando conhecimentos, papéis e funções sociais, o que permite a formação de conhecimentos e da própria consciência. Trata-se de um processo que caminha do plano social - relações interpessoais - para o plano individual interno - relações intrapessoais. Assim, a escola é o lugar onde a intervenção pedagógica intencional se desencadeia.
Se o professor pretende realizar mediações junto ao aluno, é preciso relacionar seu comportamento com uma emoção positiva, para obter o sucesso pretendido no processo de ensino-aprendizagem. Ao professor é necessário que faça não só com que o aluno apreenda e assimile o conteúdo, mas que além de tudo seja capaz de sentir o conteúdo relacionando-o às emoções. Nesse sentido, Vygotsky (2001) afirma que o professor deve preocupar-se em relacionar o novo conhecimento com a emoção, caso contrário o saber torna-se morto.
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Outros autores, assim como Tassoni (2000), buscaram evidenciar aspectos afetivos na interação em sala de aula, analisando a postura do professor e os seus conteúdos verbais e concluíram que os aspectos afetivos estão presentes na dinâmica da sala de aula e influenciam diretamente o processo de ensino-aprendizagem. Para esta autora, a mediação da professora é fundamental para determinar a relação do aluno com o conteúdo ensinado.
Quando se assume que o processo de aprendizagem é social, o foco desloca-se para as interações e os procedimentos de ensino tornam-se fundamentais. As relações entre as professoras e alunos apresentadas nesta pesquisa, evidenciaram a expressão da afetividade como parte ativa do processo de aprendizagem. As interações em sala de aula são carregadas de sentimentos e emoções constituindo- se como trocas afetivas (Tassoni, 2000, p. 150).
A partir das considerações aqui pontuadas, é possível verificar que o papel do professor é fundamental no processo de internalização de conceitos e desenvolvimento dos alunos, e isto ocorre na mediação e na qualidade das relações estabelecidas entre professor aluno.
Leite (2012) conclui que a afetividade é fator essencial nas relações em sala de aula e por meio dela a mediação pedagógica estabelece a qualidade do vínculo aluno-objeto- professor.
No processo ensino-aprendizagem o professor tem o papel explícito de interferir no processo, diferentemente de situações informais nas quais a criança aprende por imersão em um ambiente cultural. Portanto, é papel do docente provocar avanços nos alunos e isso se torna possível com sua interferência na zona proximal.
O aluno não é tão somente o sujeito da aprendizagem, mas aquele que aprende junto ao outro o que o seu grupo social produz, tal como: valores, linguagem e o próprio conhecimento.
A formação de conceitos espontâneos ou cotidianos, desenvolvidos no decorrer das interações sociais, diferenciam-se dos conceitos científicos adquiridos pelo ensino, parte de um sistema organizado de conhecimentos. A aprendizagem é fundamental ao desenvolvimento dos processos internos na interação com outras pessoas.
Pode se afirmar que a mediação pedagógica realizada pelo professor influencia o processo de ensino-aprendizagem sendo que a qualidade dessa relação é determinante para o sucesso da aprendizagem do aluno. No entanto, é necessário ao professor ter consciência da importância das relações entre aluno-professor, aluno-objeto e professor-objeto e a necessidade de uma prática pedagógica reflexiva que faça uso das boas relações afetivas, tornando o processo de ensino-aprendizagem mais eficaz e significativo.
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5. METODOLOGIA
Neste capítulo descrevemos a metodologia aplicada no desenvolvimento do produto desta dissertação, isto é, descrevemos duas atividades de Física utilizando a Robótica Educacional, sendo uma sobre velocidade média e os tipos de movimento e a outra sobre o lançamento de projéteis, em particular o lançamento oblíquo.
5.1. Local de Realização da Proposta do Projeto
A pesquisa foi desenvolvida na Unidade SESI GUIOMAR DE FREITAS COSTA (GFC) na cidade de Uberlândia – MG, local onde a professor (Wesley) desenvolve sua atividade docente na disciplina de Física. Nesta escola, ministrou aulas de Robótica voltadas para o Ensino Médio concomitante às aulas de Física. Assim, a ideia de unir a Robótica Educacional às aulas de física se tornou uma proposta para o projeto desta dissertação.
A Robótica Educacional foi implementada na Unidade GFC no ano de 2013 a partir da necessidade da Gerência de Educação Básica (GEB) de incluir os alunos da Unidade nas tecnologias educacionais de ensino. Contando com a (re)construção de conceitos dos alunos a partir das trocas de experiências vivenciada por alunos e professor, contribuindo para uma aprendizagem mais significativa dos alunos durante o desenvolvimento dos conceitos de Física e Robótica.
Na Unidade GFC, como mencionado anteriormente, os professores envolvidos com a Robótica foram preparados através de cursos de formação continuada, como a divulgação e estudo do material do Programa de Educação Tecnológica ZOOM Education for life do Ensino Médio. Nessa capacitação foi mostrada a Robótica Educacional como ferramenta metodológica inovadora e motivadora para a melhoria do processo de ensino-aprendizagem.
E, por fim, outro fator que contribui para a escolha da instituição de ensino mencionada anteriormente foi o apoio oferecido para a realização de atividades interdisciplinares e voltadas para o processo de ensino-aprendizagem. E a acessibilidade dos kits da LEGO® Mindstorms® NXT disponíveis na escola. Atualmente a escola trabalha com os kits da LEGO® Mindstorms® EV3, implantados desde 2016.
A instituição não possui um laboratório específico para as aulas de Robótica, estas acontecem no pátio em mesas grandes, local onde são realizadas as montagens e experimentações. Ao lado deste local encontra-se o laboratório de informática, ali realizam-se
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as programações. Neste recinto estão disponibilizadas 5 mesas grandes com a capacidade para até duas equipes (8 alunos) para o desenvolvimento das atividades de Robótica. A decisão da quantia máxima de aluno está relacionada com a proposta pedagógica do material de apoio Manual do Educador, Revista Zoom Education for Life.
Os alunos trabalham em equipe assumindo a permuta entre quatro funções especializadas:
O líder (relator) é responsável pela maleta LEGO®, devendo coordenar a equipe para que todos auxiliem na contagem das peças e forneçam os dados necessários à elaboração do relatório. O construtor é responsável pela montagem, o organizador responsável pela organização das peças durante a montagem e desmontagem. O programador, por sua vez, é responsável pela programação do robô de acordo com a proposta de trabalho.
5.2. Público Envolvido nas Atividades de Robótica para o Ensino de Física
A Unidade GFC trabalha com a modalidade de ensino articulado, na qual o aluno no final de etapas faz a conclusão do Ensino Médio juntamente com o Técnico, esta proposta de currículo é conhecida como EBEP (Educação Básica e Ensino Profissionalizante). A escola oferece os cursos disponíveis no momento da matrícula. A família e o estudante escolhem o curso técnico a ser realizado durante aquela etapa (Ensino Médio).
Após a escolha do curso o aluno cursará uma grade curricular básica e outra técnica. O Ensino Médio Regular, contempla as disciplinas de Língua Portuguesa, Língua Estrangeira, Matemática, Física, Química, Biologia, Geografia, História, Sociologia, Filosofia, Literatura, Arte e Educação Física. A grade curricular das disciplinas técnicas depende da escolha feita pelo aluno e/ou responsáveis no ato da matrícula. São disponibilizados carga horária e conteúdo programático segundo a necessidade de cada um. Após a escolha do curso técnico, o aluno cursa educação básica e ensino técnico concomitantemente.
Assim, os alunos selecionados para desenvolver o uso da Robótica voltado para o ensino de Física para esta pesquisa de dissertação foram os de primeira etapa dos cursos técnicos, nos quais estariam iniciando o Ensino Médio, podendo assim promover uma aprendizagem mais significativa da Física a partir dos conceitos da Robótica Educacional.
O número total de alunos envolvidos nas propostas do projeto foi trinta e seis. A faixa etária dos alunos participantes variava entre 14 a 16 anos. Aplicamos as propostas na única turma de 1º Ano do Ensino Médio.
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A realização das atividades aconteceu durante horários geminados das aulas de física, sendo estes com duração de 100 minutos, totalizando 200 minutos para as duas atividades.
Após as atividades realizadas na escola, os alunos faziam os seus relatórios como tarefa de casa.
5.3. Desenvolvimento das Atividades Propostas Relacionadas à Robótica e Vinculadas ao Ensino da Física
5.3.1. Levantamento das Concepções Prévias dos Estudantes
Antes da realização do processo de pesquisa e aplicação das aulas de Robótica Educacional na turma de 1º ano da escola SESI GFC, foi passado um questionário (Anexo 1) aos estudantes a fim de conhecer um pouco mais sobre a turma. A partir da análise do questionário, constatei que 36% dos alunos não tiveram um contato com a Robótica Educacional e apenas 64% conheciam a metodologia, segundo figura 4.
Figura 4: Alunos que utilizaram a Robótica Educacional Fonte: Arquivo do autor.
Assim, antes da aplicação do processo de pesquisa e realização da aula de Robótica foi dada uma aula, no contra turno, para que os estudantes pudessem ser apresentados à metodologia. Neste momento, mostrei o kit, os fascículos, a plataforma de programação, a metodologia utilizada durante as aulas e o processo de avaliação.
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Em outro momento do questionário, verifiquei que todos os alunos tiveram contato com a física na série anterior (9º ano). Já sobre o grau de complexidade daquele conteúdo poucos acreditavam ser fácil, como ilustra a figura 5.
Figura 5: Sobre o grau de complexidade da Física Fonte: Arquivo do autor
Segundo os dados extraídos do questionário, a física acaba sendo, para a maioria dos alunos, uma disciplina trabalhosa, apenas 3% julgaram fácil aprender este conteúdo. O conhecimento englobado pela Física é complexo, e parte da dificuldade do seu ensino advém do fato de os docentes não considerarem a complexidade desse conhecimento e de seu ensino.
No Brasil, parte do problema deriva das condições materiais, sociais e culturais nas quais o aluno se apresenta. Todavia, afim de minimizar o problema a Robótica Educacional passa a ser uma ferramenta atrativa e que pode mudar a concepção desses estudantes de modo a aproximar a teoria e a prática.
Os conteúdos abordados durante as atividades foram escolhidos devido à importância para a disciplina de física por serem, também, pré-requisitos para os demais assuntos tratados durante o ano letivo. Como nem todo aluno daquela série foi estudante do SESI GFC, é fundamental a escolha para que também pudesse alinhar e uniformizar a turma. Alguns estudantes sequer conheciam a metodologia LEGO como a Robótica Educacional.
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5.3.2. Realização das Atividades como Processo de Pesquisa
As atividades descritas e realizadas foram adaptadas do fascículo da metodologia LEGO ZOOM. Este material é fornecido aos alunos pela escola GFC, podendo este ficar para os estudantes após a realização das atividades.
Em todas as atividades, utilizando a metodologia LEGO ZOOM, os alunos recebem um fascículo, um manual de montagem, um documento para o relatório e cálculos, um kit contendo as peças necessárias para a montagem e, em alguns casos, materiais extras como:
cronômetro, regra, transferidor, fita adesiva, etc.
Os fascículos abordam as atividades a serem desenvolvidas de maneira contextualizada, a fim de relacionar com o cotidiano do estudante, carregam consigo todas as etapas a serem seguidas durante o processo e, às vezes, também para a programação, comtemplam reflexões acerca do assunto e suas aplicações no cotidiano. O manual de montagem traz o passo a passo da montagem do aparato a ser utilizado no experimento de forma colorida e em duas dimensões, exigindo do aluno uma boa visão espacial do modelo a ser construído. O kit é uma maleta toda organizada em compartimentos onde encontram-se as peças disponíveis para a execução da montagem juntamente com o robô EV3.
A primeira atividade, conhecida como “O resgate”, tem como contexto a preparação de equipamentos para a cena de um filme de ação. Os alunos representarão a equipe técnica de efeitos especiais, e o desafio consiste em fazer com que o movimento de descida de um gancho de um guindaste esteja sincronizado com o movimento horizontal de um carro, sobre o qual se encontra um ator (representado por uma peça quadro) que deverá ser resgatado durante uma cena de ação. O grande desafio é sincronizar o tempo de descida do guindaste com a passagem exata do ator pelo ponto de resgate.
Como planejar esta cena evitando horas intermináveis de gravações e até acidentes?
Quais grandezas devem ser identificadas e calculadas para que ocorra o sincronismo perfeito entre os dois movimentos? Essas são as questões norteadoras da situação proposta.
A atividade pressupõe que os conceitos trabalhados são de conhecimento dos alunos, ou seja, as funções matemáticas que regem o movimento retilíneo e uniforme. Os estudantes deverão realizar medidas, efetuar cálculos de distância, tempo e velocidade, além de associar os movimentos do guindaste e do carro.
